JP2016055292A - 軸肥大成形装置および軸肥大成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸肥大成形方法を用いて、金属軸部材の肥大部を形成する際に、肥大部の真円度を高めることができる。【解決手段】ワークＷの作用部周りを中心軸Ｘ１の径方向に肥大化させて、ワークＷよりも大径の肥大部Ｗａを形成する軸肥大成形装置１であって、中心軸Ｘ１回りの位相角毎の肥大部Ｗａの外径を測定する外径測定装置３０と、回転速度Ｎと、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂとを制御する制御装置２０とを備え、制御装置２０は、ワークＷがｎ回転目である時に測定した肥大部Ｗａの外径における所定の位相角での外径が、ワークＷがｎ回転目である時に測定した肥大部Ｗａの外径における他の位相角での外径よりも大きい場合は、所定の位相角での径方向の肥大量を、他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、回転速度Ｎと、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂとのうちの少なくとも１つを調整する構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、軸肥大成形装置および軸肥大成形方法に関する。

従来、金属軸部材における軸方向の任意の位置に歯車などを一体に形成する場合、当該歯車の外径よりも大径の金属軸部材を切削して、歯車を削り出す方法がある。
しかし、この方法では、金属軸部材の削り代が多く、切削に要する加工時間が長くなってしまう。

また、他の方法として、近年、金属軸部材の軸方向の任意の位置に、金属軸部材の外径よりも大径となる肥大部を形成する軸肥大成形方法がある（例えば、特許文献１）。

特開２００２−３４６６８４号公報

この軸肥大成形方法では、金属軸部材を金属軸部材の中心軸回りに回転させながら、金属軸部材に、中心軸方向の圧縮応力と中心軸の径方向の曲げ応力とを作用させて、金属軸部材の曲げ応力の作用部周りを中心軸の径方向に肥大化させることによって、金属軸部材よりも大径の肥大部が形成される。

ここで、切削加工により肥大部に歯車を形成する場合、軸肥大成形方法により形成された肥大部の真円度が高い方が、削り代が少なくて済むので好ましい。

そこで、軸肥大成形方法を用いて、金属軸部材の肥大部を形成する際に、肥大部の真円度を高めることが求められている。

本発明は、金属軸部材を当該金属軸部材の中心軸回りに回転させながら、金属軸部材に、中心軸方向の圧縮応力と中心軸の径方向の曲げ応力とを作用させて、金属軸部材の曲げ応力の作用部周りを中心軸の径方向に肥大化させて、金属軸部材よりも大径の肥大部を形成する軸肥大成形装置であって、
中心軸回りの位相角毎の肥大部の外径を測定する外径測定手段と、
回転速度と、圧縮応力と、曲げ応力とを制御する制御手段と、を備え、
制御手段は、所定の位相角での外径が他の位相角での外径よりも大きい場合は、前記所定の位相角での径方向の肥大量を他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、回転速度と、圧縮応力と、曲げ応力とのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする軸肥大成形装置とした。

このように構成すると、径方向に肥大させている途中の肥大部では、当該肥大部の外径が大きい所定の位相角での肥大部の肥大量が、他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるので、径方向に肥大させて形成した肥大部の外径を整えて、真円度を高めることができる。

実施の形態にかかる軸肥大成形装置の主要部を説明する図である。 実施の形態にかかる軸肥大成形方法の流れを示すフローチャートである。 実施の形態にかかる軸肥大成形方法によるワークの加工工程を説明する図である。 実施の形態にかかる肥大部の外径の肥大量の調整方法の流れを示すフローチャートである。 実施の形態にかかる肥大部の外径の肥大量の調整方法を説明する図である。

以下、実施の形態にかかる軸肥大成形装置１について説明する。
図１は、軸肥大成形方法を実施する軸肥大成形装置１の主要部の構成を説明する図であり、（ａ）は、ワークＷをホルダ１０に保持させた状態を示し、（ｂ）は、ワークＷに中心軸Ｘ１回りの回転と、中心軸Ｘ１の軸方向の圧縮応力σａと、中心軸Ｘ１の径方向の曲げ応力σｂとを作用させた状態を示す図である。
なお、図１では、説明の便宜上、ホルダ１０のみ断面で示している。

図１の（ｂ）に示すように、軸肥大成形装置１は、金属製のワークＷ（金属軸部材）をワークＷの中心軸Ｘ１回りに回転速度Ｎで回転させながら、ワークＷに、中心軸Ｘ１の軸方向の圧縮応力σａと中心軸Ｘ１の径方向の曲げ応力σｂとを作用させて、ワークＷにおける曲げ応力の作用部Ｋ周り（図１の（ａ）のワークＷのハッチング参照）を中心軸Ｘ１の径方向に肥大化させて、ワークＷの外径Ｄ０よりも大径の肥大部Ｗａを形成するものである。

軸肥大成形加工前のワークＷを保持するホルダ１０は、ワークＷの一側側を保持する回転ホルダ１１と、ワークＷの他側側を保持する曲げホルダ１２とから構成されている。

回転ホルダ１１と曲げホルダ１２は、ワークＷの中心軸Ｘ１上で対向して配置されており、これら回転ホルダ１１と曲げホルダ１２には、ワークＷの保持穴１１ａ、１２ａが、中心軸Ｘ１の軸方向に貫通して設けられている。
保持穴１１ａ、１２ａの内径の内周面と、ワークＷの外径Ｄａの外周面とは、締り嵌め状態で嵌合するように設定されている。
そのため、保持穴１１ａ、１２ａに、ワークＷの両側側を各々挿入すると、ワークＷの外径Ｄａの外周面と保持穴１１ａ、１２ａの内周面とが嵌合し、ワークＷの両側側が、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２によって保持される。
よって、ワークＷと、回転ホルダ１１および曲げホルダ１２との相対回転が防止される。

回転ホルダ１１と曲げホルダ１２とは、ワークＷの中心軸Ｘ１の軸方向の任意の位置に所定の隙間Ｓ０を空けて対向して配置されており、各々スライド機構（図示せず）により、中心軸Ｘ１の軸方向に沿って、相互に近づく方向または離れる方向に移動できるようになっている。

そのため、図１の（ｂ）に示すように、ワークＷを回転ホルダ１１と曲げホルダ１２とで保持したのち、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２とを、中心軸Ｘ１の軸方向に沿って相互に近づける方向に移動させると、ワークＷに、ワークＷの中心軸Ｘ１の軸方向の圧縮応力σａが作用して、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２との間のワークＷの肉は、中心軸Ｘ１の軸方向に圧縮されると共に、中心軸Ｘ１の径方向外側に膨出して肥大部Ｗａが形成される（図１（ｂ）の破線参照）。

回転ホルダ１１は、モータ（図示せず）に接続されており、モータの回転によって所定の回転速度Ｎで回転するようになっている。

曲げホルダ１２は、ワークＷの中心軸Ｘ１の径方向に傾斜可能に設けられる傾斜機構（図示せず）に支持されおり、傾斜機構をワークＷの中心軸Ｘ１の径方向に所定の角度で傾斜させると、曲げホルダ１２に保持されるワークＷには、ワークＷの中心軸Ｘ１の径方向に曲げ応力σｂが作用する（図１の（ｂ）参照）。

図１の（ｂ）に示すように、ワークＷの両側側は、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２とにより保持されているので、曲げ応力σｂは、ワークＷのホルダに保持されている部分には作用せず、ホルダに保持されていないワークＷの中央部（ワークＷにおける、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２との間の隙間Ｓ０の部分）に作用する。
以下、このワークＷにおける曲げ応力σｂの作用する部分を、曲げ応力σｂの作用部Ｋという。

図１の（ａ）に示すように、軸肥大成形装置１には、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２との間の隙間Ｓ０における任意の測定箇所Ｐに、ワークＷに形成される肥大部Ｗａの外径Ｄａを測定するための外径測定装置３０が設けられている。

外径測定装置３０は、回転ホルダ１１に設けられるエンコーダ（図示せず）と、非接触式のレーザ変位計（図示せず）とから構成されており、外径測定装置３０は、ワークＷの１回転毎の位相角をエンコーダで検出すると共に、検出した位相角毎に、ワークＷに形成される肥大部Ｗａの外径Ｄａをレーザ変位計で測定できるようになっている。

軸肥大成形装置１は、モータと、傾斜機構と、スライド機構とのうち、少なくとも１つを制御する制御装置２０とを、さらに備えており、制御装置２０は、ケーブル２１を介して、モータと、傾斜機構と、スライド機構とそれぞれ電気的に接続されている。

また、制御装置２０と外径測定装置３０とは、ケーブル２１を介して電気的に接続されており、制御装置２０は、外径測定装置３０によるワークＷの１回転毎の外径Ｄａの測定値に基づいて、モータと、スライド機構と、傾斜機構とのうち、少なくとも１つを制御することで、ワークＷの回転速度Ｎ、ワークＷに作用する圧縮応力σａおよび曲げ応力σｂのうち、少なくとも１つを調整する。

次に、軸肥大成形方法の流れについて説明する。
図２は、軸肥大成形方法の流れを説明するフローチャートである。
図３は、軸肥大成形方法によるワークＷの加工工程を説明する図であり、（ａ）は、軸肥大成形加工前のワークＷをホルダ１０にセットした状態であり、（ｂ）は、ワークＷを回転させた状態であり、（ｃ）は、ワークＷに圧縮応力σａを作用させた状態であり、（ｄ）は、ワークＷに曲げ応力σｂを作用させた状態であり、（ｅ）は、ワークＷの曲げ応力σｂを除去した（曲げ戻し）状態であり、（ｆ）は、軸肥大成形加工後のワークＷの要部を示す図である。

まず始めに、図３の（ａ）に示すように、軸肥大成形加工前のワークＷを、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２とにセットする（図２のステップ１０１）。

次に、制御装置２０は、肥大部Ｗａ１をワークＷに形成するため、ワークＷの回転速度Ｎ０と、ワークＷに作用させる圧縮応力σａ０と、曲げ応力σｂ０とを設定する（ステップ１０２）。

軸肥大成形装置１は、上記で設定した設定値（Ｎ０、σａ０、σｂ０）に基づいて、軸肥大成形加工を実施する。具体的には、ワークＷを、ワークＷの中心軸Ｘ１回りに回転させながら（図３の（ｂ））、ワークＷに作用させる圧縮応力σａ０と曲げ応力σｂ０とを制御して（図３の（ｃ）および（ｄ））、軸肥大成形加工前のワークＷの外径Ｄ０よりも大径の肥大部Ｗａを形成する（ステップ１０３）。

このステップ１０３によりワークＷに肥大部Ｗａが形成されると、制御装置２０は、所定の加工完了条件が成立しているか否かの判定を行う（ステップ１０４）。

ここで、加工完了条件の成立は、位相角毎に測定したワークＷの肥大部Ｗａの外径Ｄａが、最終的に得られる肥大部Ｗａ１の外径Ｄａ１になったか否か、またはワークＷの回転回数が、最終的に得られる肥大部Ｗａ１をワークＷに形成するのに必要な回転回数（例えば、４０回転）に達したか否か、または回転ホルダ１１と曲げホルダ１２との間の隙間が所定の隙間Ｓ１になったか否かなどにより判定するようになっている。

加工完了条件が成立したと判定されると（ステップ１０４：Ｙｅｓ）、軸肥大成形装置１は、ワークＷに作用させた曲げ応力σｂの除去（曲げ戻し）（図３の（ｅ）、図２のステップ１０５）と、ワークＷに作用させた圧縮応力σａの除去（ステップ１０６）とを行ったのち、ワークＷの中心軸Ｘ１回りの回転を停止（ステップ１０７）して、ワークＷに肥大部Ｗａ１を形成するための加工処理を終了する。

これにより、ワークＷに、軸肥大成形加工前のワークＷの外径Ｄ０よりも大径（外径Ｄａ１）の肥大部Ｗａ１が形成される（図３の（ｆ）参照）。

加工完了条件が成立しないと判定されると（ステップ１０４：Ｎｏ）、ステップ１０３に戻って、軸肥大成形加工が実施される。よって、加工完了条件が成立するまでの間、ステップ１０３の軸肥大成形加工が繰り返し行われることになる。

次に、ステップ１０３の軸肥大成形加工を、ｎ回転目（例えば、３回転目）の位相角毎に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａの肥大量に基づいて、ｎ＋１回転目（例えば、４回転目）の肥大部Ｗａの外径Ｄａの肥大量を調整する場合に、ワークＷに作用させる圧縮応力σａを調整して、肥大部Ｗａの外径を整える場合を例に挙げて説明をする。

図４は、肥大部Ｗａの外径Ｄａの肥大量の調整方法の流れを示すフローチャートである。
図５は、肥大部Ｗａの外径Ｄａの肥大量の調整方法を説明する図であり、（ａ）は、ワークＷの回転回数が３回転目である時に測定したワークＷの外径を説明する図であり、（ｂ）は、ワークＷの回転回数が３回転目である時にワークＷに作用させる圧縮応力を位相角毎に示すと共に、ワークＷの回転回数が３回転目である時のワークの目標とする外径Ｄａ１と実際に測定したワークＷの外径Ｄａとの差（外径差Δｄ）を位相角毎に示した図である。
（ｃ）は、ワークＷの回転回数が４回転目である時に測定したワークＷの外径を説明する図であり、（ｄ）は、ワークＷの回転回数が４回転目である時にワークＷに作用させる圧縮応力を位相角毎に示すと共に、ワークＷの回転回数が４回転目である時のワークの目標とする外径Ｄａ１と実際に測定したワークＷの外径Ｄａとの差（外径差Δｄ）を位相角毎に示した図である。
なお、図５の（ａ）、（ｃ）では、ワークＷの目標とする外径Ｄａ１を破線で示すと共に、実際に測定したワークＷの外径Ｄａを実線で示している。

ステップ１０３の軸肥大成形加工の工程では、ワークＷを回転させながら、圧縮応力σａおよび曲げ応力σｂをワークＷに作用させて、これら応力の作用部Ｋ周りに肥大部Ｗａを形成する。
この工程では、圧縮応力σａおよび曲げ応力σｂを作用させながら回転させているワークＷのｎ回目の回転の際に、形成途中の肥大部Ｗａの外径Ｄａを測定し、測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａのバラツキに応じて、ｎ＋１回転目のワークＷに作用させる圧縮応力σａを調整して、肥大部Ｗａの外径Ｄａのバラツキを抑えるようになっている。
そして、ｎ＋２回転目以降は、直前の回転の際に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａのバラツキに応じて、ワークＷに作用させる圧縮応力σａを調整して、最終的に得られる肥大部Ｗａの外径Ｄａが、目標の外径Ｄａ１となるようにしている。

そのため、図４のステップ２０１では、外径測定装置３０が、肥大部Ｗａを形成している途中のワークＷがｎ回転目である時の、形成途中の肥大部Ｗａの外径Ｄａを、所定の位相角毎に測定する。

ここで、実施の形態では、図５の（ａ）に示すように、ワークＷの中心軸Ｘ１の軸方向から見て、ワークＷの中心軸Ｘ１を通る鉛直方向の上側を基準点（位相角０°）として、中心軸Ｘ１の右回り（ワークＷの回転方向は左回り）の所定の位相角毎に、ワークＷの肥大部Ｗａの外径Ｄａを測定するようになっている。

制御装置２０は、ワークＷがｎ回転目である時に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａと、ワークＷがｎ回転目である時の肥大部Ｗａ１の目標の外径Ｄａ１との外径差Δｄ（（Ｄａ１−Ｄａ）／２）を位相角毎に求めて、求めた外径差Δｄが、予め設定された所定の閾値ｄ（例えば、２ｍｍ）を越える位相角が存在するか否かを確認する（図４、ステップ２０２）。
肥大部Ｗａの形成に用いるワークＷには、中心軸回りの周方向で剛性強度にバラツキがあるため、形成途中の肥大部Ｗａの外径にバラツキが生じるからである。
なお、以下の説明では、便宜上、求めた外径差Δｄが所定の閾値ｄを越える位相角を、「調整が必要な外径の位相角」と表記し、求めた外径差Δｄが所定の閾値ｄを越えない位相角を、「調整が必要ない外径の位相角」と表記する。

ここで、形成途中の肥大部Ｗａの外径Ｄａのバラツキについて説明をする。
実施の形態で用いるワークＷは、断面が円形を成す軸形状部材である。このワークＷは、断面が角形を成す金属製の軸形状部材（原料素材）に対して、複数のローラを用いた圧延加工を繰り返し施して外形を整えることで、断面が円形を成す軸形状部材としている。

断面が角形を成す軸形状部材（原料素材）を、ローラで圧延して断面が円形を成す軸形状部材を形成すると、断面が角形を成す原料素材の角部に位置していた肉が、原料素材の内部に押し込まれる。
そのため、最終的に得られる断面が円形を成す軸形状部材では、原料素材の角部に位置していた肉が押し込まれた部分の剛性が、他の部分の剛性よりも高くなる傾向がある。これは、肉が押し込まれた部分の金属密度が高くなるからである。

そのため、断面が円形を成す軸形状部材に加工されたワークＷでは、当該ワークＷの中心軸周りの周方向で、剛性強度にバラツキが生じている。
このようなワークＷに対して、一定の加工条件（回転速度Ｎ、圧縮応力σａ、曲げ応力σｂ）で軸肥大成形加工を行うと、ワークＷでは、剛性強度の高い部分が、剛性強度の低い部分よりも肥大化し難いので、ワークＷに形成される肥大部Ｗａの外径Ｄａにバラツキが生じてしまう（図５の（ａ）参照）。

なお、実施の形態では、肥大部Ｗａを形成するために応力を作用させているワークＷのｎ回転目（例えば３回転目）の時に、前記したステップ２０１において肥大部Ｗａの外径Ｄａを測定して、測定した外径Ｄａが調整の必要な外径であるか否かを位相角毎に確認している。

図４のフローチャートの説明に戻って、外径差Δｄが閾値ｄよりも大きい位相角（調整が必要な外径の位相角）が存在する場合（ステップ２０２、Ｙｅｓ）、ステップ２０３において制御装置２０は、次のｎ＋１回転目にワークＷに作用させる圧縮応力σａであって、位相角毎に作用させる圧縮応力σａを算出する。

具体的には、調整が必要な外径の位相角で作用させる圧縮応力σａを、調整が必要ない外径の位相角で作用させる圧縮応力σａよりも小さくして、次のｎ＋１回転目の肥大部Ｗａの形成時に、当該回転の間、肥大部Ｗａの調整が必要な外径の位相角での外径Ｄａの肥大量を抑える方向に調整する。
なお、調整が必要ない外径の位相角で作用させる圧縮応力σａを、調整が必要な外径の位相角で作用させる圧縮応力σａよりも大きくして、次のｎ＋１回転目の肥大部Ｗａの形成時に、当該回転の間、肥大部Ｗａの調整が必要ない外径の位相角での外径の肥大量を大きくする方向に調整しても良い。

これにより、ワークＷがｎ＋１回転目である時に作用する圧縮応力であって、位相角毎に作用する圧縮応力が、ステップ２０３で算出された圧縮応力に変更されることになる（ステップ２０４）。
よって、調整が必要な外径の位相角で作用する圧縮応力σａが、調整が必要ない外径の位相角で作用させる圧縮応力よりも小さくなるので、次のｎ＋１回転目の肥大部Ｗａの形成時に、当該回転の間、肥大部Ｗａの調整が必要な外径の位相角での外径Ｄａの肥大量が抑えられることになる。

以下、肥大部Ｗａの外径Ｄａの最初の測定（ステップ２０１）が、ワークＷが３回転目であるときに実施される場合であって、このワークＷが３回転目の時の肥大部Ｗａの外径Ｄａが、図５の（ａ）に示す形状である場合を例に挙げて、説明を続ける。

この図５の（ａ）に示す形成途中の肥大部Ｗａの場合には、ワークＷの中心軸Ｘ１の軸方向から見て、所定の位相角（例えば、位相角９０°と２７０°）の外径Ｄａが、他の位相角（例えば、位相角０°と１８０°）の外径よりも大きくなっている。
なお、この図５の（ａ）の場合には、位相角０°と１８０°におけるワークＷの外径Ｄａは、３回転目であるときの肥大部Ｗａの目標の外径Ｄａ１（図中の破線参照）と概ね一致しており、位相角０°と１８０°が、調整が必要ない外径の位相角となっている。
なお、同図の破線で示すように、ｎ回転目において目標とする肥大部Ｗａ１の外径Ｄａ１の断面形状は真円となる。
そして、図５の（ｂ）に示すように、ワークＷが３回転目の時の所定の位相角（例えば、位相角９０°と２７０°）における外径差Δｄは所定の閾値ｄ（例えば、２ｍｍ）を越えており、当該所定の位相角は調整が必要な外径の位相角である。そして、他の位相角（例えば、位相角０°と１８０°）における外径差Δｄは所定の閾値ｄ（例えば、２ｍｍ）を越えていないので、当該他の位相角は調整が必要ない外径の位相角である。

この場合、前記したステップ２０３とステップ２０４の処理により、図５の（ｄ）に示すように、ワークＷが、次の４回転目である時にワークＷに作用する圧縮応力σａが、調整が必要な外径の位相角（例えば、位相角９０°と２７０°）において、調整が必要ない外径の位相角（例えば、位相角０°と１８０°）よりも小さくなるように調整される。

実施の形態では、図５の（ｄ）に示すように、調整の必要な外径の位相角（例えば、位相角９０°と２７０°）において作用させる圧縮応力σａが最も小さくなるように各位相角で作用する圧縮応力σａを連続的に変化させることで、外径を測定した回転の次の１回転の間、肥大部Ｗａの周方向の全周に亘って調整の必要な外径の肥大量が、調整の必要のない外径の肥大量より小さくなるように、ワークＷに作用させる圧縮応力σａを調整している。

よって、４回転目の肥大部Ｗａの形成時に、３回転目の時の肥大部Ｗａにおいて調整が必要であると判断された外径の位相角の部分での肥大量を、調整が必要ないと判断された外径の位相角よりも小さくなるように調整することができるので、４回転目が終了した時点での肥大部Ｗａの外径Ｄａを、４回目の目標の外径Ｄａ１（図中の破線参照）に近づけることができる。

このように、直前の回転の際に測定した肥大部Ｗａの外径のバラツキに応じて、ワークＷに作用させる圧縮応力σａを調整することで、肥大部Ｗａの外径Ｄａのバラツキを、ワークＷの周方向の全周に亘って抑えることができ、肥大部Ｗａの断面視における外径Ｄａの真円度を高くすることができる。

なお、前記した実施の形態では、肥大部Ｗａの外径Ｄａの肥大量を調整して肥大部Ｗａの外径を整える場合に、ワークＷに作用させる圧縮応力σａを調整する場合を例示したが、圧縮応力σａの代わりに曲げ応力σｂや、ワークＷの回転速度Ｎを調整して、肥大部Ｗａの外径を整えるようにしても良く、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、ワークＷの回転速度Ｎとのうちの少なくとも１つを調整すれば良い。

また、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、ワークＷの回転速度Ｎとをそれぞれ組み合わせて調整するようにしても良く、特に、圧縮応力σａと曲げ応力σｂとは、肥大部Ｗａの肥大量に直接的に影響を及ぼす要素であるため、圧縮応力σａおよび曲げ応力σｂを調整することで、肥大部Ｗａの肥大量を効率よく調整することができる。

以上の通り、実施の形態では、ワークＷ（金属軸部材）をワークＷの中心軸Ｘ１回りに回転させながら、ワークＷに、中心軸Ｘ１方向に圧縮応力σａと中心軸Ｘ１の径方向の曲げ応力σｂとを作用させて、ワークＷの曲げ応力σｂの作用部周りを中心軸Ｘ１の径方向に肥大化させて、ワークＷよりも大径の肥大部Ｗａを形成する軸肥大成形装置１であって、中心軸Ｘ１回りの位相角毎の肥大部Ｗａの外径Ｄａを測定する外径測定装置３０（外径測定手段）と、回転速度Ｎと、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂとを制御する制御装置２０（制御手段）と、を備え、
制御装置２０は、ワークＷがｎ回転目である時に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａにおける所定の位相角（例えば、位相角９０°と２７０°）での外径が、ワークＷがｎ回転目である時に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａにおける他の位相角（例えば、位相角０°と１８０°）での外径よりも大きい場合は、所定の位相角での径方向の肥大量を、他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、次のｎ＋１回転目にワークＷに作用させる圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと。ワークＷの回転数と、のうちの少なくとも１つを調整する構成とした。

このように構成すると、径方向に肥大させている途中の肥大部Ｗａでは、当該肥大部Ｗａの外径が大きい所定の位相角（調整が必要な外径の位相角）での肥大量が、他の位相角（調整が必要ない外径の位相角）での肥大量よりも小さくなるので、肥大部Ｗａの外径Ｄａのバラツキを抑えて、最終的に得られる肥大部Ｗａの外径Ｄａを周方向の全周で整えることができる。よって、ワークＷに形成される肥大部Ｗａを真円に近づけることができる。

このため、ワークＷの肥大部Ｗａを、最終的な製品（例えば、歯車）に仕上げる際に、軸肥大成形加工後のワークＷの肥大部Ｗａの真円度を高めることができ、仕上加工における切削による削り代が少なくて済む。
特に、ワークＷの肥大部Ｗａの真円度が悪い場合には、肥大部Ｗａが大径となるほど削り代が多くなるので、切削に要する加工時間が長くなると共に、切削により多くの材料が無駄に捨てられてしまう。
上記ように構成すると、ワークＷの肥大部Ｗａが大径になっても、軸肥大成形加工後の肥大部Ｗａの真円度を高めることができるので、その後の切削に要する加工時間を短くすることができると共に、切削により無駄に捨てる材料を少なくすることができる。

また、制御装置２０は、ワークＷの１回転毎に、その時点での目標の外径Ｄａ１との外径差Δｄが所定の閾値ｄ（例えば、２ｍｍ）以上である調整の必要な外径の有無を確認し、調整の必要な外径がある場合には、ワークＷの次の１回転の間、調整の必要な外径の位相角（例えば、位相角９０°と２７０°）での肥大部Ｗａの肥大量が、他の位相角（例えば、位相角０°と１８０°）での肥大部の肥大量よりも小さくなるように、次のｎ＋１回転目にワークＷに作用させる圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、ワークＷの回転数と、のうちの少なくとも１つを調整する構成とした。

肥大部Ｗａの外径Ｄａのバラツキを抑えて、最終的に得られる肥大部Ｗａの外径Ｄａを周方向の全周で整えることができる。よって、ワークＷに形成される肥大部Ｗａを真円に近づけることができる。

制御装置２０は、圧縮応力σａを調整する場合には、他の位相角（調整が必要ない外径の位相角）での外径よりも外径Ｄａが大きい所定の位相角（調整が必要な外径の位相角）での圧縮応力σａを、他の位相角での圧縮応力σａよりも小さくすることで、調整が必要な位相角での肥大量を抑える構成とした。

ワークＷに作用する圧縮応力σａが大きいほど、ワークＷに形成される肥大部Ｗａの肥大量は多くなり、短時間で所定の外径Ｄａ１の肥大部Ｗａ１が成形される。
このように構成すると、調整が必要な外径の位相角でのみ、ワークＷに作用させる圧縮応力σａを一時的に小さくし、調整が必要ない外径の位相角では、圧縮応力σａは小さくしないので、短時間で所定の外径の肥大部が形成される。

制御装置２０は、圧縮応力σａを調整する場合には、他の位相角（調整が必要ない外径の位相角）での外径よりも外径Ｄａが大きい所定の位相角（調整が必要な外径の位相角）での曲げ応力σｂを、調整が必要ない外径の位相角での曲げ応力σｂよりも小さくすることで、調整が必要な位相角での肥大部Ｗａの肥大量を抑える構成とした。

ワークＷに作用する曲げ応力σｂが大きいほど、ワークＷに形成される肥大部Ｗａの径方向外側への肥大量は多くなり、短時間で所定の外径の肥大部を成形できる。
このように構成すると、調整が必要な位相角でのみ、ワークＷに作用させる曲げ応力σｂを一時的に小さくし、他の位相角では、曲げ応力σｂは小さくしないので、短時間で所定の外径の肥大部が形成される。

制御装置２０は、ワークＷの回転速度Ｎを調整する場合には、他の位相角（調整が必要ない外径の位相角）での外径よりも外径Ｄａが大きい所定の位相角（調整が必要な外径の位相角）でのワークＷの回転速度Ｎを、調整が必要ない外径の位相角でのワークＷの回転速度Ｎよりも速くすることで、調整が必要な位相角での肥大部Ｗａの肥大量を抑える構成とした。

ワークＷの中心軸Ｘ１回りの回転速度Ｎが遅いほど、所定の位相角における圧縮応力σａおよび曲げ応力σｂのワークＷへの作用時間が長くなるので、ワークＷに形成される肥大部Ｗａの肥大量は多くなり、短時間で所定の外径Ｄａ１の肥大部Ｗａ１を成形できる。
このように構成すると、調整が必要な位相角でのみ、回転速度Ｎを一時的に早くして肥大部Ｗａの肥大量を抑えると共に、調整が必要ない位相角では、回転速度Ｎは遅くし肥大部Ｗａの肥大量を多くなるので、短時間で所定の外径Ｄａ１の肥大部Ｗａ１を形成することができる。

また、上記の実施の形態では、ワークＷがｎ回転目（例えば、３回転目）の時に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａと、ｎ回転目の目標の肥大部Ｗａ１の外径Ｄａ１との外径差Δｄに基づいて、次のｎ＋１回転目（例えば、４回転目）における圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、回転速度Ｎとのうち、少なくとも１つを調整する場合を例示したが、ワークＷの過去数回転（例えば、過去のｎ−２回転目と、ｎ−１回転目と、ｎ回転目の３回転分）で位相角毎に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａの平均値と、過去数回転の目標の外径Ｄａ１の平均値との外径差Δｄに基づいて、次のｎ＋１回転目（例えば、４回転目）における圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、回転速度Ｎとのうち、少なくとも１つを調整するようにしてもよく、さらに、その次のｎ＋２回転目以降（例えば、５回転目）も同様に、過去数回転で位相角毎に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａの平均値と、過去数回転の目標の外径Ｄａ１の平均値との外径差Δｄに基づいて、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、回転速度Ｎとのうち、少なくとも１つを調整するようにしてもよい。
このように構成しても、上記と同様の作用効果を奏し得る。

また、上記の実施の形態では、ワークＷがｎ回転目（例えば、３回転目）の時に測定した位相角毎の肥大部Ｗａの外径Ｄａと、ｎ回転目の目標の肥大部Ｗａ１の外径Ｄａ１との外径差Δｄが、所定の閾値ｄ（例えば、２ｍｍ）を越える場合に、ワークＷが、次のｎ＋１回転目（例えば、４回転目）の時の圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、回転速度Ｎとのうち、少なくとも１つを調整する場合を例示したが、ワークＷがｎ回転目の時の位相角毎の外径差Δｄが０よりも大きい場合（Δｄ＞０）に、ワークＷが、次のｎ＋１回転目の時の圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、回転速度Ｎとのうち、少なくとも１つを調整するようにしてもよい。
このように構成しても、上記と同様の作用効果を奏し得ると共に、外径差Δｄが僅かであっても、全ての位相角毎で肥大部Ｗａの肥大量を調整するので、最終的に得られるワークＷの肥大部Ｗａの真円度をより高めることができる。

また、ワークＷの肥大部Ｗａの肥大量は、ワークＷを構成する金属材料の性質や、ワークＷに作用させる応力や、回転速度などによって予め計算することができる。
よって、制御装置２０に、ワークＷの回転回数と肥大部Ｗａの肥大量とを関連付けて記憶した加工条件テーブルに、その回転回数の時の回転速度Ｎ、圧縮応力σａ、曲げ応力σｂとをさらに関連付けて記憶しておき、ワークＷの所定の回転回数（例えば、ｎ＋１回転目）の時に加工条件テーブルから対応する回転速度Ｎと、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂとのうち、少なくとも１つを取得して、加工条件を変更することでワークＷａの肥大量を調整するようにしてもよい。また、回転回数Ｎと、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂは、回転回数によらない一定の値であってもよく、回転回数ごとに異なる値であってもよい。

このように構成すると、上記と同様の作用効果を奏し得ると共に、外径測定装置３０によるワークＷの肥大部Ｗａの外径Ｄａの測定が不要になると共に、制御装置２０による外径差Δｄの比較やワークＷに作用させる応力の演算が不要になり、軸肥大成形装置１の構成を簡略化することができる。

また、上記の実施の形態では、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２とを、ワークＷの中心軸Ｘ１の軸方向に相互に近づくように移動させて、ワークＷの軸方向に圧縮応力σａを作用させる構成を例示したが、回転ホルダ１１と曲げホルダ１２とのうち、何れか一方のホルダをワークＷの中心軸Ｘ１の軸方向に対して固定し、他方のホルダを中心軸Ｘ１の軸方向で、一方のホルダに近づけるように移動させることで、ワークＷの中心軸Ｘの軸方向に圧縮応力σａを作用させる構成としてもよい。

このように構成すると、スライド機構（図示せず）は、少なくとも何れか一方のホルダに備えられていればよく、軸肥大成形装置１の構成を簡略化することができる。

また、上記の実施の形態では、軸肥大成形加工の形成途中の所定の回転において、ワークＷの肥大部Ｗａの断面が楕円（図４参照）になる場合を例示したが、例えば、肥大部Ｗａの周方向の１箇所の位相角での肥大量が大きい場合（または小さい場合）や、周方向の複数個所の位相角での肥大量が大きい場合（または小さい場合）であっても適用できる。
このように構成しても、記と同様の作用効果を奏し得る。

また、上記の実施の形態では、所定の回転（例えば、ｎ回転目）の所定の位相角におけるワークＷの肥大部Ｗａの肥大量が大きく、当該位相角での外径差Δｄが所定の閾値ｄを越える場合に、次回の回転（例えば、ｎ＋１回転目）での当該位相角における回転速度Ｎと、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂとのうち、少なくとも１つを調整し、ワークＷの肥大部Ｗａの肥大量を抑える場合を例示したが、所定の位相角におけるワークＷの肥大部Ｗａの肥大量が小さく、当該位相角での外径差Δｄが所定の閾値ｄよりも小さい場合に、次回の回転での当該位相角における回転速度Ｎと、圧縮応力σａと、曲げ応力σｂとのうち、少なくとも１つを調整し、ワークＷの肥大部Ｗａの肥大量を大きくするようにしてもよい。
このように構成しても、記と同様の作用効果を奏し得る。

また、上記の実施形態では、ワークＷがｎ回転目（例えば、３回転目）の時に測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａと、当該ｎ回転目の目標の肥大部Ｗａ１の外径Ｄａ１との外径差Δｄに基づいて、次のｎ＋１回転目（例えば、４回転目）における圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、回転速度Ｎとのうち、少なくとも１つを調整する場合を例示したが、軸肥大成形によって楕円形状になると推定できる場合には、ワークＷがｎ回転目における１°〜１８０°の位相のときに測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａと、当該ｎ回転目における１°〜１８０°の位相のときの各々の目標の肥大部Ｗａ１の外径Ｄａ１との外径差Δｄに基づいて、ワークＷがｎ回転目の１８１°〜３６０°の位相のときにおける圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、回転速度Ｎとのうち少なくとも１つを調整し、ワークＷがｎ回転目における１８１°〜３６０°の位相のときに測定した肥大部Ｗａの外径Ｄａと、当該ｎ回転目における１８１°〜３６０°の位相のときの各々の目標の肥大部Ｗａ１の外径Ｄａ１との外径差Δｄに基づいて、ワークＷが、次のｎ＋１回転目の１°〜１８０°の位相のときにおける圧縮応力σａと、曲げ応力σｂと、回転速度Ｎとのうち、少なくとも１つを調整するようにしてもよい。
このように構成すると、半回転毎に肥大量を調整することができるため、最終的に得られるワークＷの肥大部Ｗａの真円度をより高めることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれる。

１ 軸肥大成形装置
１０ ホルダ
１１ 回転ホルダ
１２ 曲げホルダ
２０ 制御装置
３０ 外径測定装置
Ｗ ワーク
Ｗａ 肥大部
Ｄａ 外径
σａ 圧縮応力
σｂ 曲げ応力
Ｎ 回転速度

Claims (9)

1. 金属軸部材を当該金属軸部材の中心軸回りに回転させながら、前記金属軸部材に、前記中心軸方向の圧縮応力と前記中心軸の径方向の曲げ応力とを作用させて、前記金属軸部材の前記曲げ応力の作用部周りを前記中心軸の径方向に肥大化させて、前記金属軸部材よりも大径の肥大部を形成する軸肥大成形装置であって、
   前記中心軸回りの位相角毎の前記肥大部の外径を測定する外径測定手段と、
   前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、所定の位相角での外径が他の位相角での外径よりも大きい場合は、前記所定の位相角での径方向の肥大量を他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする軸肥大成形装置。
2. 前記制御手段は、前記金属軸部材の１回転毎に、その時点での目標の外径との差が所定の閾値以上である調整の必要な外径の有無を確認し、
   調整の必要な外径がある場合には、前記金属軸部材の次の１回転の間、前記調整の必要な外径の位相角での前記肥大部の肥大量が、他の位相角での肥大部の肥大量よりも小さくなるように、前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項１に記載の軸肥大成形装置。
3. 前記制御装置は、
   前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記圧縮応力を、他の位相角での圧縮応力よりも小さくすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸肥大成形装置。
4. 前記制御装置は、
   前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記曲げ応力を、他の位相角での曲げ応力よりも小さくすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の軸肥大成形装置。
5. 前記制御装置は、
   前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記回転速度を、他の位相角での回転速度よりも速くすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載の軸肥大成形装置。
6. 金属軸部材を当該金属軸部材の中心軸回りに回転させながら、前記金属軸部材に、前記中心軸方向に圧縮応力と前記中心軸の径方向の曲げ応力とを作用させて、前記金属軸部材の前記曲げ応力の作用部周りを前記中心軸の径方向に肥大化させて、前記金属軸部材よりも大径の肥大部を形成する軸肥大形成方法であって、
   前記中心軸回りの位相角毎の前記肥大部の外径を測定する外径測定ステップと、
   前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とを制御する制御ステップと、を備え、
   前記制御ステップは、所定の位相角での外径が他の位相角での外径よりも大きい場合は、前記所定の位相角での径方向の肥大量を他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする軸肥大成形方法。
7. 前記制御ステップは、
   前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記圧縮応力を、他の位相角での圧縮応力よりも小さくすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項６に記載の軸肥大成形方法。
8. 前記制御ステップは、
   前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記曲げ応力を、他の位相角での曲げ応力よりも小さくすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の軸肥大成形方法。
9. 前記制御ステップは、
   前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記回転速度を、他の位相角での回転速度よりも速くすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項６から請求項８のうちの何れか一項に記載の軸肥大成形方法。

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